172139. lajstromszámú szabadalom • Forgó dinamóvillamos gép sűrített levegő hűtéssel
3 172139 4 A találmányt rajz alapján ismertetjük részletesebben. Az 1. ábra a találmány szerinti forgó dinamóvillamos gép példakénti kiviteli alakja. A 2. ábra a találmány szerinti forgó dinamóvillamos gép példakénti kiviteli alakjának forgórész keresztmet- 5 szete. A 3. ábra a 2. ábra kinagyított részlete. A 4. ábra a találmány szerinti forgó dinamóvillamos gép példakénti kiviteli alakja armatúratekercselésének és tekercsfejének kiterített nézete. 10 Az 5. ábra a találmány szerinti forgó dinamóvillamos gép tekercsfej hűtését magyarázó vázlat és diagram. Az ábrákon azonos jelölések azonos elemeket jelentenek. Az 1. ábrán bemutatott példakénti kiviteli alak kom- 15 mutátoros egyenáramú gép sűrített levegő hűtéssel. A 9 tengelyen van a 13 vasmag, annak hornyaiban az 1 armatúratekercselés, továbbá az 5 kommutátor, a 10 tengelytömítés és a csapágyak. Az egész forgórész a 6 nyomásálló tokozásba van beépítve, amely a 11 és 12 20 csövekkel, a 20 szellőzővel és a 21 hőcserélővel együtt zárt hűtési rendszert alkot, amelyben a 19 nyomólégforrás tartja fenn az előírt légnyomást a szivárgási veszteségek ellenére. A gép 7 főpólusai a példakénti kiviteli alakban a sűrített levegős hűtési rendszeren kívül 25 vannak, de egy más példakénti kiviteli alakban azon belül is lehetnek. A 11 csövön a gépbe beáramló hideg sűrített hűtőlevegő két úton juthat el a kivezető 12 csőig. Az egyik a hagyományos út a forgórész palástfelülete mentén, a lég- 30 résen keresztül, a másik a nyilakkal berajzolt út : a levegő először a hajtásoldali tekercsfejeket megtámasztó elem 8 axiális levegőnyílásain és a kétrétegű 2 tekercsfej homlokoldali radiális vezetékszakaszai között kialakuló nyílásokon át a 2 tekercsfej két rétege között kialakított 35 3 első hűtőcsatornákba áramlik, amelyeket a példakénti kiviteli alakban a 18 csőszerű távolságtartó betétek biztosítanak. Innen a levegő a 2 tekercsfej alsó rétegének a 17 hornyokhoz fölhajlított vezetői között a 13 vasmagban a 17 hornyok és a 14 koszorú között kialakított axiá- 40 lis 15 második hűtőcsatornákba, majd ezekből a kommutátoroldali 2 tekercsfejnek a 17 hornyokhoz fölhajlított vezetői között a 2 tekercsfej két rétege kialakított 3 első hűtőcsatornákba, innen pedig a 2 tekercsfejnek a kommutátorzászlókba beforrasztott felső rétegbeli vezetői 45 között az 5 kommutátor és 4 kefék körüli térbe áramlik, ahonnan a 12 cső elvezeti. A 2. ábrán látható a 13 vasmag keresztmetszete a 14 koszorúval, az 1 armatúratekercselést tartalmazó 17 hornyokkal és a kettő között kialakított 15 második 50 hűtőcsatomákkal. A 3. ábra a 13 vasmag keresztmetszetének kinagyított részlete az 1 armatúratekercselésnek a 17 hornyokba beágyazott 16 szakaszával. A 2. és 3. ábra együttesen jól láthatóan megmutatja, hogy a 17 hornyok és a 14 koszorú között kialakított 15 második [55 hűtőcsatomák az 1 armatúratekercselésnek a 17 hornyokba ágyazott 16 szakaszához, az armatúrában keletkező veszteséghő legfőbb forrásához igen közel helyezkednek el és ezáltal az armatúratekercselés és a hőátadó felület — a 15 második hűtőcsatomák belső felülete — 60 közötti hőlépcső igen kicsivé válik. A 15 második hűtőcsatomák ilyen elhelyezése lényegesen előnyösebb, mint az almatúrában egyébként alkalmazott, ismert megoldások. Ismert megoldás axiális hűtőcsatomák elhelyezése a fluxust vezető koszorún belül, a tengely közelében, 65 ennek jelentős hátránya, hogy az armatúratekercselésben keletkező veszteséghő a koszorú teljes vastagságán keresztül jelentős utat tesz meg a hűtőcsatornák hőátadó felületéig és emiatt nagy a hőesés. Egy másik ismert megoldás a vasmag fölosztása lemezcsomagokra és radiális szellőzőcsatornák kialakítása a lemezcsomagok közöttebben az esetben azonban az armatúratekercselésből a vasmagba áramló hő a vasmagon belül kétirányban axiálisan áramlik a szellőzőcsatornák felé a vasmag lemezelésére merőlegesen, és a lemezszigetelés miatt a vasmag hőellenállása ebben az irányban többszöröse a leniezek mentén mérhető hűellenállásnak. Fontos rámutatni, hogy a találmány szerinti 15 második hűtőcsatornák hatékonyságának fontos föltétele a sűrített levegő alkalmazása. Az áramló levegő nyomásának növelésével ugyanis csökken a csatorna falai mentén kialakuló lamináris határréteg vastagsága, tehát sokkal kisebb keresztmetszetű csatornában lehet turbulens áramlást kialakítani, mint atmoszferikus nyomáson, ami a jó felületi hőátadáshoz nélkülözhetetlen. Ugyancsak a nyomás, tehát a hűtőközeg sűrűségének növelése szükséges ahhoz, hogy az időegység alatt átáramló hűtőlevegő tömege és ezzel hőkapacitása elegendően nagy legyen, tehát képes legyen az elvont hőt viszonylag csekély hőmérsékletnövekedéssel elszállítani. Ugyancsak rá kell mutatni, hogy az önmagukban ismert módon, a kétréteges tekercsfej két rétege között kialakított 3 első hűtőcsatomák hatékonyságának ugyancsak előföltétele a növelt nyomású hűtőlevegő alkalmazása. Ennek igazolására számítással vizsgáljuk meg az 5. ábrán látható armatúra tekercs hülési viszonyait. Hagyományos kialakítású kétrétegű tekercsfej esetén az alsó réteg a tekercsfej támasztóra van rászorítva, a két réteg közötti tér szigetelőanyaggal van kitöltve, a tekercsfej palásfelületét pedig szigetelőanyag és bandázs burkolja. Az ilyen tekercsfej a hűtőlevegőnek közvetlenül gyakorlatilag nem ad le meleget, a hőáramlás a tekercsfejet alkotó huzalok hosszirányában, a vasmag felé történik. A tekercselésnek a hornyokban levő szakasza adja át azután a vasmagnak nem csupán a hornyokban levő szakasz, hanem a tekercsfejek által termelt hőt is. Természetesen ha a tekercsfej két rétege között szellőzőcsatorna van kialakítva és azon hűtőlevegő áramlik, akkor a helyzet megváltozik, a veszteséghő egy részét a tekercsfej közvetlenül adja át a belsejében áramló hűtőlevegőnek. A változás mértékében azonban döntő jelentősége van a hűtőlevegő nyomásának, mint azt látni fogjuk. A számítás adatainak alapjául egy közúti villamos motorkocsi egyenáramú vontatómotorja szolgált. Feltételezések: A tekercselem anyaga : A tekercselem keresztmetszete: A szigetelés vastagsága a horonyban: A horonyszigetelés hővezetőképessége : A tekercselés: A horonyban hűtve van : A tekercsfej hűtőcsatomájában hűtve van : A tekercsfej hossza: A tekercsben létrejövő hőáram : vörösréz 2X6 mm2 1 mm 0,3 W/mC° kétrétegű 2 db 8 mm-es oldal 1 db 6 mm-es oldal 2 1 =0,3 m hosszirányú 2
